DE3743309A1 - Verfahren und einrichtung zur erkennung und lockerung verklemmter stellelemente - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur erkennung und lockerung verklemmter stellelemente

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erkennung und Lockerung verklemmter Stellelemente gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Solche Stellelemente sind seit langem bekannt, siehe z.B. DE-OS 25 23 283 oder DE-OS 27 14 113. Eine spe­ zielle Ausführungsform eines solchen Stellgliedantriebes, wie z.B. der Doppelwicklungsdrehsteller wird in der DE-OS 28 12 292 beschrie­ ben. Leerlaufregelsysteme mit einem weiteren Stellglied in einem zusatzluftführenden Umgehungskanal zur Drosselklappe für Brennkraft­ maschinen werden z.B. in der DE-PS 27 49 369 oder der DE-PS 29 49 884 beschrieben. Bei derartigen elektromechanischen Stellelementen mit kontinuierlicher Kennlinie kann nun durch Ver­ schmutzung oder Eisbildung eine erhöhte Hysterese oder auch ein Klemmen des Stellelementes auftreten. So wurden in der Vergangenheit Konstruktionen für derartige Stellglieder entworfen, die bei nicht­ erregtem Stellmotor oder bei einem Ausfall des Stellmotors das Stellglied mit Hilfe einer Feder auf einen definierten Drosselquer­ schnitt verführen der ausreichte, um die Brennkraftmaschine mit einer für die jeweilige Situation ausreichenden Luftmenge zu versor­ gen. Eine solche Konstruktion wird in der DE-OS 32 34 468 beschrie­ ben.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren und Einrichtung zur Erkennung und Lockerung klemmender Stellelemente mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß das Klemmen eines Stellelementes erkannt wird und durch Einleiten der erfindungsge­ mäßen Maßnahmen das Stellglied in vielen Fällen wieder gelockert werden kann bzw. ein Überschwingen bei plötzlicher Überwindung des Widerstandes vermieden wird. Dabei ist zu beachten, daß je nach Bau­ form des vorhandenen Stellelelementes in Kombination mit einer Pro­ zessorsteuerung des Antriebssystems keine oder nur wenige zusätz­ liche Bauteile erforderlich sind. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbes­ serungen der Erfindung nach Anspruch 1 möglich und für verschiedene Antriebssysteme beschrieben.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der einzigen Zeichnung Fig. 1 vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschrei­ bung näher erläutert.
Beschreibung des Ausführungsbeispieles
In der Fig. 1 sind die Elemente anhand derer die Erfindung erläu­ tert werden soll dargestellt. Dabei ist das Stellelement (Drossel­ klappe) mit der 10 bezeichnet. Der zugehörige Antrieb 20 und die Istwertmeldeeinrichtung 30 sind auf der gleichen Drehachse befe­ stigt. Der Istwertmeldeeinrichtung 30 ist eine elektronische Ist­ werterfassung 50 nachgeschaltet. Von dort wird der Istwert der er­ findungsgemäßen Sicherheits- und Steuerlogik 60 sowie der Lagere­ gelung 70 zugeführt. Weiterhin kann die erfindungsgemäße Sicher­ heits- und Steuerlogik 60 in die Lageregelung eingreifen. Der Lage­ regelung 70 ist eine Endstufe 40 nachgeschaltet, die den Stellglied­ antrieb 20 ansteuert. Der Sicherheits- und Steuerlogik 60 und der Lageregelung 70 ist außerdem der Stellelementesollwert 80 zugeführt. Weiterhin ist eine Störungsmeldeeinrichtung 61 mit der Steuerlogik 60 verbunden und über einen separaten Eingang 62 kann der Steuer­ logik 60 noch ein spezieller Betriebszustand (z.B. Startfall) gemel­ det werden.
Um ein Klemmen des Stellelementes zu erkennen, kann die Differenz von dem Istwert der Stellgröße und dem vorgegebenen Sollwert der Stellgröße verwendet werden. Sobald die Differenz eine bestimmte Schwelle überschreitet, wird ein Klemmen des Stellelementes angenom­ men. Des weiteren kann durch Aufsummieren der Differenzwerte in einem bestimmten Zeitraster (integrieren), ein Maß für das Klemmen des Stellantriebes gewonnen werden. Weiterhin kann die Klemmener­ kennung abgeschaltet werden, wenn z.B. eine Einrichtung vorhanden ist, die die mechanischen Endanschläge ertasten soll, oder z.B. im Startmoment einer der mechanischen Endanschläge angefahren werden soll. Derartige Verklemmungen bei elektromechanischen Stellelementen können z.B. durch Verschmutzung oder Eisbildung hervorgerufen werden.
Derartige elektromechanische Stellelemente werden oft mit Impuls­ signalen fester Frequenz und variabler Impulsdauer (Tastverhältnis), angesteuert, um eine kontinuierliche Verstellung zu bewirken. Die Frequenz wird so gewählt, daß die Stellgröße, bedingt durch die mechanische Trägheit ausreichend geglättet eingestellt wird. Die dabei auftretenden geringen mechanischen Bewegungen sind beabsich­ tigt und dienen zur Verringerung der Hysterese des Stellelementes durch Vermeidung von Haftreibung. Als Maßnahme zum Lösen bei klem­ menden Stellelementen bieten sich folgende Methoden an:
  • 1 Das Steuersignal wird in einem bestimmten Zeitraster ständig vergrößert oder verkleinert, je nach Richtung der Abweichung von Soll- und Istwert. Gleichzeitig wird das Sollsignal ab Überschreiten eines Schwellwertes der Differenz zwischen Soll- und Ist-Wertsignal nicht mehr weiter vergrößert, um bei erkanntem Lösen des Stellelementes ein definiertes Einschwenken des Stellelementes auf den aktuellen Sollwert ohne Überschwingen zu erreichen.
  • 2a Die Frequenz des Steuersignales (Impulssignal) wird für eine bestimmte Zeitdauer soweit reduziert, daß sie in der Nähe der Resonanzfrequenz des Stellelementes liegt. Durch die dabei auftretenden starken Momentänderungen kann ein Klemmen gelöst werden. Das Tastverhältnis bleibt das gleiche wie bei normaler Frequenz, damit der Mittelwert der Stellgröße auch nach dem Lösen erhalten bleibt. Danach wird wieder auf normale Impulsfrequenz übergegangen.
  • 2b Bei elektrischen Antrieben, die aktiv in zwei Richtungen betrieben werden können, wird der Antrieb nicht nur mit niederer Frequenz ein- und ausgeschaltet, sondern reversierend angesteuert.
Die Trägheit (Zeitkonstante) der durch die Stellgröße beeinflußten Regelstrecke muß groß sein, im Verhältnis zu der niedrigen Steuer­ frequenz für das Stellelement, um genügend kleine Regelgrößenampli­ tuden zu erhalten. Dies ist bei Verbrennungsmotoren allgemein gege­ ben.
In der Figur des Ausführungsbeispieles ist ein Antrieb gezeigt, der in zwei Richtungen bewegt werden kann. Daher ist die Endstufe der Lageregelung 70 eine Brückenschaltung 40. Ein äquivalenter Effekt läßt sich jedoch auch für den Doppelwicklungsdrehsteller wie auch für andere Antriebe erreichen. Eine weitere vorteilhafte Ausgestal­ tung der Erfindung ist darin zu sehen, daß bei ein- oder mehrfachem Auftreten eines Klemmens eine Fehlanmeldung an den Fahrer ergeht.
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel ist keineswegs ein­ schränkend zu verstehen, neben diversen schon bestehenden Antriebs­ systemen für Stellglieder und den dazugehörigen eventuell zu modifi­ zierenden Ansteuerschaltungen sind auch rein mechanische Lösungen für einen derartigen Rüttelantrieb denkbar. So könnte z.B. bei einem rein mechanischen Antrieb über eine Rutschkupplung ein Rüttelwerk ähnlich einer Schlagbohrmaschine ausgelöst werden. Auch elektrome­ chanische Lösungen mit einem selbsttätigen Unterbrecher (Wagnerscher Hammer) sind denkbar. Weiterhin läßt sich die Erfindung sowohl an einer Hauptdrosselklappe als auch einem Stellelement in einer Bypaß­ leitung anwenden.

Claims (15)

1. Verfahren zur Einstellung einer Betriebskenngröße einer Brenn­ kraftmaschine, insbesondere der Leerlaufluft im Luftansaugrohr ab­ hängig von Einflußgrößen wie Drehzahl, Temperatur und Lastzustand, mit einem elektromechanischen Stellglied, welches von einem elektri­ schen Steuergerät seine Ansteuersignale erhält, dadurch gekennzeich­ net, daß wenn beim Verstellen des Stellgliedes ein erhöhter mecha­ nischer Widerstand auftritt, insbesondere ein Verklemmen, das Stell­ glied zu einer periodisch rüttelnden Bewegung veranlaßt wird, um den Widerstand zu überwinden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver­ klemmen des Stellgliedes aus einer Vergrößerung zwischen Ist- und Sollwert erkannt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Stellglied im antriebslosen Zustand von einer Feder in eine bestimmte Ruheposition verstellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Stellglied beim Rütteln periodisch niederfrequent, ins­ besondere in der Nähe der Resonanzfrequenz angesteuert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß, wenn es sich um einen Zweiwicklungsdrehsteller (ZWD) han­ delt, die Rüttelbewegung durch ein alternierendes Ansteuern der Wicklungen erzeugt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß bei einem Einwicklungsdrehsteller (EWD) der durch die Wick­ lung angetriebene Teil ein Permanentmagnet ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die polarität der Antriebsspannung bzw. des Stromes perio­ disch wechselt zum Hervorrufen der Rüttelbewegung.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß bei der Rüttelbewegung ein Nettostellmoment in der Richtung der Sollverstellung erhalten bleibt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß bei erkanntem Lösen der Verklemmung das Stellelement behut­ sam an den Sollwert herangefahren wird, um ein Überschwingen zu ver­ meiden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Klemmen des Stellgliedes aus der Hichtzunahme des Luft­ stromes und/oder Nichthochlaufen des Motores trotz entsprechender Ansteuerung des Stellgliedes erkannt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Rütteln, insbesondere mit einem rückstellenden Nettostellmoment wirksam wird, wenn die Kraft der Rückholfeder nicht ausreicht zur Überwindung des mechanischen Widerstandes bzw. die Rückholfeder gebrochen ist, so daß das Stellelement nicht in die Ruheposition zurückkehrt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nach ein oder mehrfacher Inanspruchnahme der Rüttel­ steuerung eine Störungsmeldung für den Fahrer und/oder den Service ausgegeben wird.
13. Einrichtung zur Durchführung eines der Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorhanden sind, um ein Verklemmen des Stellelementes zu erkennen, sowie darauf eine ent­ sprechende Rüttelbewegung des Stellelementes einzuleiten.
14. Einrichtung zur Durchführung eines der Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem erhöhten Widerstand der in der Stellgliedverstellung auftritt, auf mechanischem bzw. elektromechanischem Wege eine Rüttelbewegung ausgelöst wird.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 und 14 zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Mittel vorhanden ist, um bei ein oder mehrfacher Inanspruchnahme der Rüttelsteuerung eine Störungsmeldung für den Fahrer und/oder den Service auszugeben.
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